(57)【要約】【課題】伝熱フィンの表面に設けられる耐蝕被覆層に亀裂などの損傷が発生するのを未然に防止することができる伝熱部品を提供する。【解決手段】伝熱部品１の伝熱フィン１Ａが高温の排気ガスに晒される使用時においては、亜鉛メッキ層からなる低融点金属層２が溶融するため、銅合金製の伝熱フィン１Ａは、ニッケルメッキ層からなる耐蝕被覆層３に対し大きく熱膨張して相対変位するのが許容される。その結果、耐蝕被覆層３に亀裂などの損傷が発生するのが未然に防止される。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面が耐蝕被覆層で覆われた伝熱フィンを有する伝熱部品であって、
前記伝熱フィンの表面と前記耐蝕被覆層との間には低融点金属層が設けられていることを特徴とする伝熱部品。
【請求項２】
前記低融点金属層が前記伝熱フィンの熱膨張量に対応してその熱膨張方向に厚く設けられていることを特徴とする請求項１に記載の伝熱部品。
【請求項３】
前記耐蝕被覆層が前記伝熱フィンの熱膨張量に対応して伸縮可能なべローズ状に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の伝熱部品。
【請求項４】
前記伝熱フィンが熱回収用の集熱フィンとして構成されていることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の伝熱部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換器や放熱機あるいは熱電発電装置において、その伝熱部を構成する伝熱部品に関し、詳しくは、一群の伝熱フィンを有する伝熱部品に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、エンジンからの排気を導出する排気管の外面に高温端を押し付けて発電モジュール（熱電発電モジュール）を取り付け、この発電モジュールにより排気ガスの熱エネルギーを電気エネルギーとして回収する自動車用の排熱発電装置（熱電発電装置）が一般に知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
この排熱発電装置には、排気ガスから熱エネルギーを回収して発電モジュールの高温端に伝熱する一群の集熱フィン（伝熱フィン）が排気ガスの流路に臨んで設けられている。
【特許文献１】特開２００１−１２２４０号公報（要約書）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、この種の熱電発電装置において、排気ガスの熱エネルギーを熱電発電モジュールの高温端へ伝熱する一群の伝熱フィンは、５００℃以上におよぶ高温の排気ガスに晒されて大きく熱膨張する。このため、伝熱フィンの表面に熱膨張率の異なる材質の耐蝕被覆層が設けられていると、伝熱フィンと耐蝕被覆層との間の熱膨張差により耐蝕被覆層に強い引張り応力が発生し、その結果、耐蝕被覆層に亀裂が生じる虞がある。
【０００５】
そこで、本発明は、伝熱フィンの表面に設けられる耐蝕被覆層に亀裂などの損傷が発生するのを未然に防止することができる伝熱部品を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る伝熱部品は、表面が耐蝕被覆層で覆われた伝熱フィンを有する伝熱部品であって、伝熱フィンの表面と耐蝕被覆層との間には低融点金属層が設けられていることを特徴とする。
【０００７】
本発明に係る伝熱部品の使用状態では、低融点金属層が溶融することで伝熱フィンと耐蝕被覆層との間の熱膨張差に伴う相対変位が許容されるため、耐蝕被覆層に亀裂などの損傷が発生するのが未然に防止される。
【０００８】
本発明の伝熱部品において、低融点金属層が伝熱フィンの熱膨張量に対応してその熱膨張方向に厚く設けられていると、低融点金属層が溶融した際に伝熱フィンが耐蝕被覆層に対して大きく相対変位できるので好ましい。
【０００９】
また、本発明の伝熱部品において、耐蝕被覆層は、伝熱フィンの熱膨張量に対応して伸縮可能なベローズ状に形成することができる。この場合、低融点金属層が溶融して伝熱フィンが熱膨張する際、ベローズ状の耐蝕被覆層が伸長して伝熱フィンが大きく熱膨張するのを許容するので好ましい。
【００１０】
なお、本発明の伝熱部品における一群の伝熱フィンは、熱回収用の集熱フィンとして構成してもよいし、熱放出用の放熱フィンとして構成してもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る伝熱部品によれば、その使用状態において低融点金属層が溶融することにより、伝熱フィンと耐蝕被覆層との間の熱膨張差に伴う相対変位が許容される。このため、耐蝕被覆層に亀裂などの損傷が発生するのを未然に防止することができる。
【００１２】
本発明の伝熱部品において、低融点金属層が伝熱フィンの熱膨張量に対応してその熱膨張方向に厚く設けられている場合、低融点金属層が溶融した際に伝熱フィンが耐蝕被覆層に対して大きく相対変位できる。このため、耐蝕被覆層に亀裂などの損傷が発生するのを一層確実に防止することができる。
【００１３】
また、本発明の伝熱部品において、耐蝕被覆層が伝熱フィンの熱膨張量に対応して伸縮可能なベローズ状に形成されている場合、低融点金属層が溶融して伝熱フィンが熱膨張する際、ベローズ状の耐蝕被覆層が伸長して伝熱フィンが大きく熱膨張するのを許容する。このため、耐蝕被覆層に亀裂などの損傷が発生するのを一層確実に防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明に係る伝熱部品の実施の形態を説明する。参照する図面において、図１は一実施形態に係る伝熱部品の外観を示す斜視図、図２は図１に示した伝熱部品の表面の層構造を示す縦断面図である。
【００１５】
図１に示すように、一実施形態に係る伝熱部品１は、相互に所定間隔を開けて下方に平行に突出する一群の伝熱フィン１Ａ，１Ａ，１Ａ…が一体に形成されたブロック状の本体を有し、伝熱フィン１Ａ，１Ａ，１Ａ…と反対側の平面が後述する熱電発電モジュールとの接合面１Ｂとなっている。この伝熱部品１は、熱伝導性の高いアルミニウム合金や銅合金で構成されるものであり、一実施形態においては、熱伝導性が高くしかも耐熱性の高い銅合金で構成されている。
【００１６】
ここで、図２に示すように、一群の伝熱フィン１Ａ，１Ａ，１Ａ…を含む伝熱部品１の表面全体には低融点金属層２が形成され、この低融点金属層２の外側に耐蝕被覆層３が重ねて形成されている。すなわち、伝熱部品１は、表面が耐蝕被覆層３で覆われた一群の伝熱フィン１Ａ，１Ａ，１Ａ…を有し、各伝熱フィン１Ａの表面と耐蝕被覆層３との間には低融点金属層２が形成されている。
【００１７】
低融点金属層２は、錫（Ｓｎ）、鉛（Ｐｂ）、亜鉛（Ｚｎ）などの低融点金属のメッキ層からなり、一実施形態の伝熱部品１では、例えば亜鉛（Ｚｎ）のメッキ層からなる。この低融点金属層２は、溶融した際に伝熱フィン１Ａ，１Ａ，１Ａ…の熱膨張量を十分に吸収できるように、伝熱フィン１Ａ，１Ａ，１Ａ…の熱膨張方向に厚く設定されている。すなわち、伝熱フィン１Ａ，１Ａ，１Ａ…の先端部を覆う先端部分２Ａの厚さが大きく設定されている。
【００１８】
耐蝕被覆層３は、ニッケル（Ｎｉ），クローム（Ｃｒ）などの高融点金属のメッキ層からなり、一実施形態の伝熱部品１では、例えばニッケル（Ｎｉ）のメッキ層からなる。
【００１９】
図２に示した表面層構構造を有する一実施形態の伝熱部品１は、例えば図３の（ａ）〜（ｃ）に示す工程を経て製造される。まず、図３の（ａ）に示す工程では、銅合金の鋳造または機械加工により、一群の伝熱フィン１Ａ，１Ａ，１Ａ…および接合面１Ｂを有する伝熱部品１の本体が製造される。
【００２０】
つぎの図３の（ｂ）に示す工程では、溶融した亜鉛（Ｚｎ）に伝熱部品１の本体を浸漬して引き上げることにより、伝熱部品１の本体の表面全体に亜鉛（Ｚｎ）のメッキ層からなる低融点金属層２が形成される。その際、一群の伝熱フィン１Ａ，１Ａ，１Ａ…の先端部を真下に向けた状態で伝熱部品１の本体を真上へ引き上げて冷却することにより、各伝熱フィン１Ａの先端部に低融点金属層２の厚さの大きい先端部分２Ａが形成される。
【００２１】
続く図３の（ｃ）に示す工程では、亜鉛（Ｚｎ）のメッキ層からなる低融点金属層２の表面に無電解ニッケルメッキを施して耐蝕被覆層３を形成する。このニッケルメッキ層からなる耐蝕被覆層３の厚さは、例えば２０μｍ程度である。
【００２２】
このような製造工程を経て製造される一実施形態の伝熱部品１は、例えば図４に示すような熱電発電装置１０の構成部品として組み付けられる。この熱電発電装置１０は、例えば図示しない自動車用のエンジンから排出される高温の排気ガスから熱エネルギーを回収して発電するものである。
【００２３】
ここで、熱電発電装置１０は、受熱基板１１Ａおよび放熱基板１１Ｂを有する熱電発電モジュール１１と、この熱電発電モジュール１１の放熱基板１１Ｂに接触する放熱ブロック１２とを備えている。そして、この熱電発電モジュール１１の受熱基板１１Ａに接合面１Ｂを密着させて一実施形態の伝熱部品１が組み付けられている。
【００２４】
熱電発電モジュール１１は、ゼーベック効果により温度差に応じた熱起電力を発生するｎ型熱電発電素子およびｐ型熱電発電素子が高温側の受熱基板１１Ａと低温側の放熱基板１１Ｂとの間に複数個設置された構造を有し、熱エネルギーを電気エネルギーに直接変換することができる。
【００２５】
放熱ブロック１２は、熱電発電モジュール１１の放熱基板１１Ｂとの間の熱交換により放熱基板１１Ｂから十分に吸熱できるように、熱伝導性の高い銅合金やアルミニウム合金の材料で構成されており、その内部には冷却水の流通路（図示省略）が形成されている。
【００２６】
ここで、一実施形態の伝熱部品１が図４に示すように組み付けられた熱電発電装置１０は、例えば図示しない自動車用のエンジンから排出される高温の排気ガスが伝熱部品１の一群の伝熱フィン１Ａ，１Ａ，１Ａ…の間を流通するように設置される。
【００２７】
このような設置状態において、排気ガスの熱が伝熱部品１の各伝熱フィン１Ａ，１Ａ，１Ａ…から熱電発電モジュール１１の受熱基板１１Ａに伝熱され、熱電発電モジュール１１の放熱基板１１Ｂから放熱ブロック１２へ放熱される。その結果、熱電発電モジュール１１の受熱基板１１Ａと放熱基板１１Ｂとの間に温度差が発生し、その温度差に応じて熱電発電モジュール１１の各ｎ型熱電発電素子およびｐ型熱電発電素子が起電力を発生して発電する。
【００２８】
このような熱電発電装置１０の使用状態において、伝熱部品１の一群の伝熱フィン１Ａ，１Ａ，１Ａ…は、例えば５００℃以上の高温に達する。このため、銅合金からなる伝熱フィン１Ａ，１Ａ，１Ａ…の本体とその表面を覆うニッケルメッキ層の耐蝕被覆層３との間に低融点金属層２が介在しない場合には、ニッケルメッキ層からなる耐蝕被覆層３に２，５００μｍもの歪が発生して耐蝕被覆層３に亀裂などの損傷が発生する。
【００２９】
しかしながら、一実施形態の伝熱部品１には、一群の伝熱フィン１Ａ，１Ａ，１Ａ…の本体とその表面を覆うニッケルメッキ層の耐蝕被覆層３との間に低融点金属層２が設けられているため、伝熱フィン１Ａ，１Ａ，１Ａ…が例えば５００℃以上の高温に達すると、図２に示した亜鉛メッキ層からなる低融点金属層２が溶融し、各伝熱フィン１Ａと耐蝕被覆層３との間の熱膨張差に伴う相対変位が許容される。
【００３０】
すなわち、一実施形態の伝熱部品１においては、亜鉛メッキ層からなる低融点金属層２が溶融することにより、銅合金からなる伝熱フィン１Ａの本体は、ニッケルメッキ層からなる耐蝕被覆層３に引張り応力を発生させることなく、図５に示す低温状態から図６に示す高温状態へと大きく熱膨張することができる。
【００３１】
従って、一実施形態の伝熱部品１によれば、高温下の使用状態において、ニッケルメッキ層からなる耐蝕被覆層３に亀裂などの損傷が発生するのを未然に防止することができる。
【００３２】
本発明に係る伝熱部品は、前述した一実施形態に限定されるものではない。例えば、一実施形態の伝熱部品１において各伝熱フィン１Ａを覆う耐蝕被覆層３（図５参照）は、図７に示すように、伝熱フィン１Ａの熱膨張量に対応してその熱膨張方向に伸縮可能なベローズ部３Ａを有するベローズ状に形成することができる。
【００３３】
このベローズ部３Ａを有する耐蝕被覆層３は、前述した伝熱部品１の製造工程のうち、図３の（ｂ）の行程で冷却された低融点金属層２の伝熱フィン１Ａを覆う部分に対し、予め図７に符号２Ｂで示すような波形断面の機械加工を施すことにより形成することができる。
【００３４】
このようなベローズ状の耐蝕被覆層３を有する伝熱部品１では、低融点金属層２が溶融して伝熱フィン１Ａ，１Ａ，１Ａ…が熱膨張する際、耐蝕被覆層３のベローズ部３Ａが図８に示すように伸長して伝熱フィン１Ａ，１Ａ，１Ａ…が大きく熱膨張するのを許容する。このため、耐蝕被覆層３に亀裂などの損傷が発生するのを一層確実に防止さすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の一実施形態に係る伝熱部品の外観を示す斜視図である。
【図２】図１に示した伝熱部品の表面の層構造を示す縦断面図である。
【図３】図２に示した伝熱部品の製造工程を示す縦断面図である。
【図４】図２に示した伝熱部品が組み付けられた熱電発電装置の概略構造を示す斜視図である。
【図５】図４に示した伝熱部品の伝熱フィンの低温状態を拡大して示す縦断面図である。
【図６】図５に示した伝熱フィンの高温状態を示す縦断面図である。
【図７】図５に示した伝熱フィンの一変形例の低温状態を示す縦断面図である。
【図８】図７に示した伝熱フィンの高温状態を示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００３６】
１    伝熱部品
１Ａ    伝熱フィン
１Ｂ    接合面
２    低融点金属層
２Ａ  先端部分
３    耐蝕被覆層
３Ａ  ベローズ部
１０    熱電発電装置
１１    熱電発電モジュール
１２    放熱ブロック
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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